Imaginación de la nave estelar de Space Exploration Technology Corporation dirigiéndose al sistema Saturno
Era junio 5438 + octubre de 2009. Él Deman estaba en la NASA (Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio) El impacto fue rastreado por el Centro de Control Científico del Centro de Investigación Ames de la Oficina. Como científica planetaria de 33 años, esta es su primera misión importante para la NASA, donde coordina las observaciones del impacto con telescopios terrestres.
La NASA está intentando "tocar el hielo de la luna" con la misión Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS). En los años 1960 y principios de los 1970, la nave espacial Apolo aterrizó en la luna y descubrió un mundo gris y árido. Pero más tarde, los científicos comenzaron a creer que había algo de hielo de agua debajo de los bordes de los cráteres en los polos de la Luna, restos de impactos de cometas durante miles de millones de años. El objetivo de la misión del cohete Centaur es impactar uno de los cráteres para verificar si las conjeturas de los científicos son correctas.
Después de estudiar cuidadosamente los datos del impacto, la NASA anunció que efectivamente se encontró agua en la columna de material causada por el impacto del cohete Centaur y en el material expulsado cuando la roca lunar fue impactada.
Para Jennifer Hodman, este fue uno de los momentos cruciales de su carrera. La experiencia fortaleció su interés por la ciencia planetaria, especialmente el seguimiento del agua en otros planetas. "Es sorprendente que los resultados de esta misión tengan implicaciones tan profundas", dijo.
El descubrimiento de hielo de agua en la Luna abrió una nueva era. Los científicos planetarios han descubierto que el hielo y el agua se encuentran en casi todas partes del sistema solar: en Europa y Encelado, en la superficie de Marte e incluso en planetas más distantes como Plutón o en el interior de Tritón, la luna más grande de Neptuno.
Estos descubrimientos plantean todo tipo de perspectivas imaginables. Donde hay agua, o hubo agua, puede haber vida. Por lo tanto, los científicos no solo buscaron fósiles en los lechos de los lagos secos de Marte, sino que también comenzaron a buscar formas de vida en los vastos océanos de planetas como Europa y Encelado. Para la exploración espacial humana, la existencia generalizada de agua también ofrece enormes oportunidades: donde hay agua, hay componentes del combustible para cohetes: hidrógeno líquido y oxígeno líquido.
En gran medida, estos descubrimientos también influyeron en el enfoque de los programas científicos y de vuelos espaciales tripulados de la NASA. Una parte cada vez mayor del presupuesto anual de ciencia planetaria de aproximadamente 3 mil millones de dólares de la agencia se utiliza para apoyar misiones que podrían encontrar evidencia de vida en otros planetas. Durante los últimos cuatro años, la NASA ha estado desarrollando un plan para enviar nuevamente astronautas a la luna y extraer agua allí en preparación para enviar humanos a Marte en el futuro.
Para los científicos, siempre hay más preguntas que respuestas, y la financiación disponible suele ser insuficiente para las tareas que quieren realizar. La ubicuidad del agua en el sistema solar ha despertado aún más el interés de los científicos planetarios, que esperan enviar robots de exploración más adentro del sistema solar para caracterizar los depósitos de hielo y los océanos subterráneos en varios planetas. A medida que aprendemos más y más sobre el sistema solar, sus misterios se vuelven más numerosos, mucho más allá de nuestra imaginación. Por eso es particularmente frustrante que todavía no podamos volar a esos misteriosos planetas y realmente resolver estos misterios.
El cráter Korolev en el norte de Marte tiene unos 82 kilómetros de diámetro. Esta imagen fue tomada por el satélite Mars Express de la Agencia Espacial Europea.
Entonces, ¿y si pudiéramos hacerlo?
Algunos científicos planetarios han comenzado a estar de acuerdo en que nuevos cohetes como el Starship de SpaceX, con una capacidad de carga sin precedentes y un potencial de costo inusualmente bajo, podrían llevar la exploración del sistema solar a una nueva era. Imaginemos que pudiéramos enviar un módulo de aterrizaje a Europa y explorar su vasto y cálido océano subterráneo. En una reciente reunión de planificación de la NASA, los científicos planetarios consideraron la posibilidad de tal misión. Lanzaron una compleja nave espacial multimillonaria a Europa para realizar más investigaciones científicas. En las mejores condiciones, la nave espacial sería tan grande y masiva como un mini refrigerador.
Por el contrario, si hay vehículos espaciales más potentes como Starship, los humanos podrían lanzar más cargas útiles de investigación científica a Europa, equivalentes a una casa de un solo piso sin muebles, y llegar al sistema solar exterior en formas que nunca imaginamos proporcionarían una nueva y revolucionaria forma de explorar estos mundos.
Los orígenes de Starship
Los ingenieros de SpaceX han estado trabajando en Starship durante unos cinco años y han completado varias construcciones iniciales durante los últimos 12 meses. Aunque todavía queda mucho trabajo técnico por hacer, el cohete superpesado que actualmente está desarrollando la empresa tiene muchas ventajas, entre ellas la reutilización y el bajo coste, y tiene el potencial de enviar cohetes de hasta 100 toneladas a la superficie de la mayoría de los cuerpos celestes del sistema solar.
Elon Musk, fundador de SpaceX, ve la nave espacial como un cohete clave para enviar humanos a Marte y eventualmente establecerse allí. Sin embargo, los científicos planetarios ven innumerables usos adicionales para estos vehículos espaciales en la ciencia, la exploración y la defensa.
Puede que falten años para tener una Starship altamente confiable, pero a partir de principios de 2022, SpaceX puede realizar una serie de vuelos de prueba orbitales. Ahora, el programa de vuelos espaciales tripulados de la NASA confía tanto en Starship que se está utilizando como sistema de aterrizaje para su programa lunar Artemis. Si Starship finalmente falla, es posible que la NASA no pueda regresar a la luna.
En agosto de 2021, la parte de la nave espacial Starship fue izada sobre el propulsor superpesado.
“Starship puede entregar cargas útiles sin precedentes para misiones a Marte y otros planetas”, dijo Jennifer Hodman. "La cuestión en la que deben pensar los científicos planetarios es cómo explotar esta extraordinaria capacidad. Si queremos aprovechar estas oportunidades y conseguir cargas útiles en vuelos de prueba no tripulados, debemos actuar ahora".
En 2018, Space Exploration Technology entró en contacto por primera vez con la ciencia planetaria mediante la celebración de una serie de "seminarios sobre Marte" para resolver algunos problemas básicos, como posibles lugares de aterrizaje en Marte, lagunas de conocimiento relacionadas con la vida y el trabajo seguros de los humanos en la superficie. de Marte, etc.
La compañía también invitó a celebridades del campo de la investigación de Marte, con la participación de decenas de personas. Algunos investigadores aceptan el argumento de SpaceX, pero otros se muestran escépticos. Con el tiempo, a medida que SpaceX construía y probaba prototipos, incluso algunos escépticos comenzaron a creer en el potencial de la nave estelar.
“A medida que las naves espaciales se hacen realidad, las percepciones de la gente están empezando a cambiar”, afirmó tania Harrison, científica planetaria y experta en Marte que asistió al Simposio sobre Marte. "La elección de la NASA de utilizar Starship para su misión de alunizaje supone una enorme mejora en su fiabilidad".
Nuevo informe técnico
Muchos participantes en el seminario de principios de este año Los investigadores están empezando a darse cuenta que la participación de la NASA en el uso de naves espaciales para misiones científicas es inminente. Por eso escribieron un documento técnico titulado "Acelerando la ciencia de Marte y la Luna a través de misiones de naves espaciales SpaceX", con Jennifer Hodman como autora principal.
Más de 20 investigadores de Marte del mundo académico, industrial y de empresas de tecnología de exploración espacial, incluida Tania Harrison, firmaron el libro blanco. Hicieron un llamamiento en voz alta al liderazgo de la NASA para que financiara el desarrollo de la carga útil científica de Starship.
Los científicos e ingenieros escribieron: "La NASA debe desarrollar un plan de financiación coherente con el camino de desarrollo de Starship, incluido un cronograma de desarrollo rápido. En comparación con las misiones científicas planetarias tradicionales, Starship tiene una tolerancia relativamente alta al riesgo y, si tiene éxito, en última instancia podría aportar un alto valor científico potencial”.
Durante muchos años, la principal prioridad de la NASA para la exploración planetaria ha sido traer rocas de Marte. Luego, las muestras se estudian en detalle en laboratorios de alta tecnología. Tierra. Finalmente, la agencia propuso un plan de base en asociación con la Agencia Espacial Europea (ESA) y comenzó a buscar financiación para una misión de retorno de muestras a Marte. Si todo va bien, la NASA espera recuperar varios kilogramos de muestras de rocas de Marte para 2031.
Dado que las naves espaciales no sólo pueden aterrizar en otros planetas, sino también despegar de otros planetas, son totalmente capaces de cambiar la misión de regreso de muestras a Marte. Se estima que la nave espacial puede traer muestras de rocas que pesen dos toneladas, no sólo dos kilogramos.
Esta posibilidad tiene entusiasmados a los científicos planetarios, y no sólo a la generación más joven. James Hyde, de la Universidad de Brown en Estados Unidos, ayudó a la NASA a seleccionar sitios de alunizaje para el programa de alunizaje Apolo en la década de 1960 y participó en el entrenamiento de astronautas alunizajes. Luego comenzó una distinguida carrera en ciencia planetaria.
Hyde firmó con entusiasmo el documento técnico y expresó su agradecimiento por la visión de SpaceX y su voluntad de trabajar duro para lograr este objetivo. También vio el espíritu juvenil, la energía y la determinación que impulsaron el programa Apolo en la sede de SpaceX en Hawthorne, California. "Estar de pie en el suelo de las instalaciones de SpaceX fue lo más parecido que tuve al programa Apolo", dijo Hyde.
¿Cómo actuará la NASA?
El rover Endurance de la NASA se tomó un selfie en Marte.
Por ahora, establecer un programa de la NASA para respaldar la carga útil científica de Starship parece un poco descabellado. La NASA generalmente prefiere adjudicar proyectos a múltiples postores en lugar de crear proyectos específicos para aeronaves específicas. Además, incluso si los líderes de la NASA decidieran crear un proyecto específico para una carga útil científica de Starship, es dudoso que el Congreso de los Estados Unidos (o incluso la Casa Blanca) estuvieran de acuerdo. A los miembros del Congreso les encanta ofrecer empleos a sus distritos y estados, y los contratistas tradicionales de la NASA satisfacen esa necesidad. Por el contrario, SpaceX se centra en reducir costes y mejorar la eficiencia. Su trabajo se realiza en varios estados y emplea relativamente pocos contratistas.
Anteriormente, la NASA llevó a cabo un proceso de licitación para el "Sistema de aterrizaje humano" de Artemis y finalmente seleccionó la nave Starship de SpaceX como su única opción. El Congreso de los Estados Unidos expresó una fuerte oposición a esto. Sin embargo, si SpaceX sólo puede optar por enviar cargas útiles científicas a la Luna, Marte y más allá, el Congreso de Estados Unidos estallará con una oposición más feroz.
Tomemos como ejemplo la misión de retorno de muestras a Marte. La NASA planea lanzar un rover de recuperación de muestras (desarrollado en Europa) y un vehículo de lanzamiento construido por Northrop Grumman para la NASA en asociación con la Agencia Espacial Europea, un aliado clave en el sector espacial. El lanzamiento de la misión está programado para no antes de 2026 y probablemente estará a bordo del nuevo vehículo de lanzamiento Vulcan de United Launch Alliance (ULA, una empresa conjunta de Lockheed Martin Space Systems y Boeing Defence Space Security). Luego, un orbitador de retorno de fabricación europea transportará un cohete Ariane 6, también desarrollado en Europa, y traerá un pequeño número de muestras a la Tierra.
Sin embargo, algunas personas relevantes también sugirieron que existen otras opciones. Se ha sugerido que la NASA debería establecer un programa de servicios comerciales de carga útil en Marte para asignar contratos para entregar cargas útiles científicas a Marte.
Aprendiendo de CLPS
El proyecto Commercial Mars Payload Services se basará en el proyecto Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA, cuyo objetivo principal es proporcionar fondos a empresas privadas para construir naves espaciales capaces de entregar cargas útiles de la NASA a la superficie lunar, como vehículos/alunizadores lunares, vehículos lunares y vehículos de lanzamiento. La NASA ha adjudicado seis contratos a diferentes postores hasta el momento, con un presupuesto total de 2.600 millones de dólares hasta 2028.
Los científicos del "Grupo de Análisis del Programa de Exploración de Marte" (MEPAG) también propusieron ideas similares. Creen que "proyectos similares a CLPS que se centran en Marte pueden promover el desarrollo de futuras tecnologías de exploración de Marte y cargas útiles científicas".
En un proyecto comercial en Marte, la NASA puede proporcionar financiación para sus centros de investigación y otros grupos académicos. Los científicos serán responsables de desarrollar cargas útiles científicas para Marte y permitirles respaldar el uso de Starship. Eso podría quitarle parte de la presión política a la NASA.
Thomas Zubqin, director general de misiones científicas de la NASA, también apoya el proyecto CLPS y está dispuesto a asumir un cierto grado de riesgo de fracaso.
Dijo que la NASA debería considerar poner en funcionamiento todos sus grandes cohetes en los próximos años y aprovechar al máximo sus capacidades.
Posibles misiones futuras
Los científicos también encontrarán otros obstáculos a la hora de construir más naves espaciales planetarias, ya que consideran cada vez menos las limitaciones de masa. Relativamente pocas personas en el mundo saben cómo construir una nave espacial de este tipo, y capacitar a más personas llevará tiempo. Por otro lado, las instalaciones terrestres para que las naves espaciales se sometan a pruebas de vacío y vibración también son muy limitadas; además, está la cuestión del coste: lo más caro para lanzar detectores de investigación científica no es el cohete, sino el detector.
Un alto funcionario de la NASA cree que debido a que la misión la lleva a cabo Starship, el presupuesto de la Dirección de Misiones Científicas no debería duplicarse repentinamente. En cambio, Starship finalmente reducirá el costo de los lanzamientos de naves espaciales, especialmente si existe la posibilidad de realizar lanzamientos con frecuencia.
En el futuro, SpaceX podría ofrecer vuelos regulares "compartidos" a Júpiter cada dos años. Múltiples sondas de diferentes tamaños podrían transportar la misma nave espacial y utilizar su potencia y propulsión para llegar al sistema joviano. Una vez allí, cada nave espacial puede volar a su propia órbita o destino y confiar en que la nave espacial sirva como retransmisión de comunicaciones para enviar señales a la Tierra. Esto ahorrará una gran cantidad de espacio y propulsor para el lanzamiento de cada nave espacial.
SpaceX puede lanzar la primera nave espacial interestelar a Marte en 2024; esto puede ser simplemente un vuelo de prueba para demostrar que este enorme vehículo puede realizar una misión en la órbita de Marte. No hay ninguna misión de exploración científica en el calendario de la NASA para alcanzar este primer vuelo, pero la próxima ventana a Marte se abrirá a finales de 2026, lo que parece ser un momento más razonable para SpaceX y la NASA.
Es muy posible que la NASA coloque cargas útiles científicas en una nave espacial con destino a Marte durante este período. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA podría construir una réplica del rover Perseverance con un conjunto de instrumentos científicos completamente diferente. La NASA también puede lanzar dos réplicas del Mars Reconnaissance Orbiter para reemplazar la antigua infraestructura de comunicaciones en Marte. Los ingenieros también pueden ampliar el Experimento de utilización de recursos in situ de oxígeno en Marte (MOIE) para producir más oxígeno de la atmósfera marciana. Además, la NASA podría enviar un taladro más grande al subsuelo de Marte para ver si realmente hace más calor y humedad en el interior.
Una fuente de la NASA dijo: "También estamos entusiasmados de llenar Starship con naves espaciales como Ingenuity". A principios de este año, el helicóptero Wit perseveró y aterrizó en Marte, convirtiéndose en el primer avión en "realizarlo". vuelo controlado propulsado en otro planeta."
El propio Elon Musk también se ha dado cuenta de la importancia de trabajar con la comunidad científica para mejorar la viabilidad de las naves espaciales. No hace mucho, Musk habló con científicos de la Academia Nacional de Ciencias durante más de una hora, expresando sus puntos de vista sobre temas más profundos como las naves espaciales y la ciencia planetaria.
“Starship está diseñado para ser un dispositivo de transporte universal para todo el sistema solar”, dijo Musk. "Se puede llevar un objeto de 100 toneladas a la superficie de Europa. Eso es mucho más de lo que un cohete pequeño puede transportar. Así que creo que es muy emocionante. Obviamente, todavía tenemos mucho que demostrar. Pero desde la perspectiva de la arquitectura, Para poner esto en perspectiva, una nave espacial puede transportar casi cualquier masa a cualquier superficie sólida del sistema solar."